On chaos, transient chaos and ghosts in single populations models with allee effects

Density-dependent effects, both positive or negative, can have an important impact on the population dynamics of species by modifying their population per-capita growth rates. An important type of such density-dependent factors is given by the so-called Allee effects, widely studied in theoretical and field population biology. In this study, we analyze two discrete single population models with overcompensating density-dependence and Allee effects due to predator saturation and mating limitation using symbolic dynamics theory. We focus on the scenarios of persistence and bistability, in which the species dynamics can be chaotic. For the chaotic regimes, we compute the topological entropy as well as the Lyapunov exponent under ecological key parameters and different initial conditions. We also provide co-dimension two bifurcation diagrams for both systems computing the periods of the orbits, also characterizing the period-ordering routes toward the boundary crisis responsible for species extinction via transient chaos. Our results show that the topological entropy increases as we approach to the parametric regions involving transient chaos, being maximum when the full shift R(L)(infinity) occurs, and the system enters into the essential extinction regime. Finally, we characterize analytically, using a complex variable approach, and numerically the inverse square-root scaling law arising in the vicinity of a saddle-node bifurcation responsible for the extinction scenario in the two studied models. The results are discussed in the context of species fragility under differential Allee effects. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Design and implementation of an autonomous, proactive, and reactive software infrastructure to help improving the management level of projects

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Severity and exposure associated with tsunami actions in urban waterfronts: the case of Lisbon, Portugal

The Tagus estuary is bordered by the largest metropolitan area in Portugal, the Lisbon capital city council. It has suffered the impact of several major tsunamis in the past, as shown by a recent revision of the catalogue of tsunamis that struck the Portuguese coast over the past two millennia. Hence, the exposure of populations and infrastructure established along the riverfront comprises a critical concern for the civil protection services. The main objectives of this work are to determine critical inundation areas in Lisbon and to quantify the associated severity through a simple index derived from the local maximum of momentum flux per unit mass and width. The employed methodology is based on the mathematical modelling of a tsunami propagating along the estuary, resembling the one occurred on the 1 November of 1755 that followed the 8.5 M-w Great Lisbon Earthquake. The employed simulation tool was STAV-2D, a shallow-flow solver coupled with conservation equations for fine solid phases, and now featuring the novelty of discrete Lagrangian tracking of large debris. Different sets of initial conditions were studied, combining distinct tidal, atmospheric and fluvial scenarios, so that the civil protection services were provided with comprehensive information to devise public warning and alert systems and post-event mitigation intervention. For the most severe scenario, the obtained results have shown a maximum inundation extent of 1.29 km at the AlcA cent ntara valley and water depths reaching nearly 10 m across Lisbon's riverfront.

A Leishmaniose visceral em Portugal Continental : 1999-2009

RESUMO - As alterações climáticas alteraram a incidência e distribuição mundial de zoonoses, ao modificarem o perfil epidemiológico dos seus vectores. A leishmaniose visceral é reemergente na bacia mediterrânica, sendo o seu impacto real subestimado. Em Portugal, é endémica em três regiões, de declaração obrigatória desde 1948 e o reservatório é o canídeo. O aumento da incidência da doença no cão e a escassez de informação epidemiológica tornou pertinente investigar a realidade nacional. A partir das bases de dados das notificações e dos grupos de diagnósticos homogéneos hospitalares, foram identificados todos os casos e, consultados todos os processos clínicos dos doentes com episódios de internamento nos hospitais do continente entre 1999-2009. Ocorreram 730 internamentos para 375 indivíduos na maioria: homens, eurocaucasianos, com em média, 27 anos e, residência em Lisboa e Vale do Tejo. A sintomatologia e comorbilidades dos doentes vão de encontro ao descrito internacionalmente. A doença foi subnotificada, com uma demora média de 19 dias. A letalidade foi de 5%. A taxa de incidência média do continente foi de 0,294/100000 habitantes, sem padrão de sazonalidade. O corredor endémico de Bortman construído apresentou picos com amplitudes de 2-3 anos. O mapeamento dos doentes evidenciou casos em regiões não endémicas acompanhando a distribuição da leishmaniose canina. Seria pertinente que futuras investigações construíssem uma modelação matemática que confirmasse a tendência do corredor endémico (pico em 2011?) para accionar um sistema de alerta nos Serviços de Saúde. Seria também útil a avaliação das condições geoclimáticas das localidades com casos para evidenciar possíveis similitudes no território. -------ABSTRACT - Climate changed the incidence and worldwide distribution of zoonosis while the epidemiological profile of their vectors was changing. Visceral leishmaniasis is reemerging in the Mediterranean basin and its real impact underestimated. In Portugal, it’s endemic in three regions; the notification occurs since 1948 and dog is the reservoir. The increased incidence of the canines’ disease and the scarcity of epidemiological information relevant investigate the national reality. From Notifications and Homogeneous’ Diagnostics Groups system databases, all cases were identified and also analyze all clinical processes of inpatients’ hospitals in 1999- 2009 in Portugal. 730 admissions occurred for 375 patients. In most they were men, Caucasians, with an average of 27 years and residency in Lisboa e Vale do Tejo. The symptoms and comorbilidades patient go against described internationally. The disease was under notified, with an average delay of 19 days. Lethality was 5%. The incidence rate was 0,294/100000 inhabitants, without seasonality. The endemic’s Bortman corridor presents peak amplitudes of 2-3 years. Mapping patient’s residency shows that cases’ distribution is similar to endemic canine leishmaniasis. It would be appropriate a research to build a mathematical modeling up to confirm the trend of corridor endemic (peak in 2011?), to trigger an alert system for health services. It would also be useful to evaluate the geo-climatics conditions of localities with cases to highlight possible similarities in the territory.

Environmental/Regatta Buoy: Telemetry and Configuration

A monitorização ambiental é essencial para a tomada de decisões tanto na ciência como na indústria. Em particular, uma vez que a água é essencial à vida e a superfície da Terra é composta principalmente por água, a monitorização do clima e dos parâmetros relacionados com a água em ecossistemas sensíveis, tais como oceanos, lagoas, rios e lagos, é de extrema importância. Um dos métodos mais comuns para monitorar a água é implantar bóias. O presente trabalho está integrado num projeto mais amplo, com o objetivo de projectar e desenvolver uma bóia autónoma para a investigação científica com dois modos de funcionamento: (i) monitorização ambiental ; e (ii) baliza ativa de regata. Assim, a bóia tem duas aplicações principais: a coleta e armazenamento de dados e a assistência a regatas de veleiros autónomos. O projeto arrancou há dois anos com um grupo de quatro estudantes internacionais. Eles projetaram e construíram a estrutura física, compraram e montaram o sistema de ancoragem da bóia e escolherem a maioria dos componentes electrónicos para o sistema geral de controlo e medição. Este ano, durante o primeiro semestre, dois estudantes belgas - Jeroen Vervenne e Hendrick Verschelde – trabalharam nos subsistemas de recolha e armazenamento de dados (unidade de controlo escrava) e de telemetria e configuração (unidade de controlo mestre) assim como definiram o protocolo de comunicação da aplicação. O trabalho desta tese continua o desenvolvimento do subsistema de telemetria e configuração. Este subsistema _e responsável pela configuração do modo de funcionamento e dos sensores assim como pela comunicação com a estacão de base (controlo ambiental), barcos (baliza ativa de regata) e com o subsistema de recolha e armazenamento de dados. O desenvolvimento do subsistema de recolha e armazenamento de dados, que coleta e armazena num cartão SD os dados dos sensores selecionados, prossegue com outro estudante belga - Mathias van Flieberge. O objetivo desta tese é, por um lado, implementar o subsistema de telemetria e de configuração na unidade de controle mestre e, por outro lado, refinar e implementar, conjuntamente com Mathias van Flieberge, o protocolo de nível de aplicação projetado. Em particular, a unidade de controlo mestre deve processar e atribuir prioridades às mensagens recebidas da estacão base, solicitar dados à unidade de controlo escrava e difundir mensagens com informação de posição e condições de vento e água no modo de regata. Enquanto que a comunicação entre a unidade de controlo mestre e a estacão base e a unidade de controlo mestre e os barcos é sem fios, a unidade de controlo mestre e a unidade de controlo escrava comunicam através de uma ligação série. A bóia tem atualmente duas limitações: (i) a carga máxima é de 40 kg; e (ii) apenas pode ser utilizada em rios ou próximo da costa dada à limitação de distância imposta pela técnica de comunicação sem fios escolhida.

A calculus for modeling and analyzing conversations in service-oriented computing

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Informática pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Influence of commercially available polyimide and formation conditions on the performance and structure of asymmetric polyimide organic solvent nanofiltration membranes

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Environmental/Regatta Buoy: Sensing System

Um dos principais objetivos da ciência é perceber a natureza, i.e., descobrir e explicar o funcionamento do mundo que nos rodeia. Para tal, os cientistas precisam de coligir dados e monitorar o meio ambiente. Em particular, considerando que cerca de 70% da Terra é coberta por água, a coleta de parâmetros de caracterização da água de grandes superfícies é uma prioridade. A monitorização das condições da água é feita principalmente através de bóias. No entanto, as bóias disponíveis no mercado não satisfazem as necessidades existentes. Esta é uma das principais razões que levaram o Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) do Instituto Superior de Engenharia do Porto a lançarem um projeto para o desenvolvimento de uma bóia reconfigurável e com dois modos de funcionamento: monitorização ambiental e baliza ativa de regata. O segundo modo é destinado a regatas de veleiros autónomos. O projeto começou há um ano com um projeto do European Project Project [1] (EPS), realizado por quatro estudantes internacionais, destinado à construção da estrutura da bóia e à selecção dos componentes mais adequados para o sistema de medição e controlo. A arquitetura que foi definida para este sistema é do tipo mestre-escravo e é composta por uma unidade de controlo mestre para a telemetria e configuração e uma unidade de controlo escrava para a medição e armazenamento de dados. O desenvolvimento do projeto continuou com dois estudantes belgas que trabalharam na comunicação e no armazenamento de dados. Este projeto, que prossegue com o desenvolvimento da medição e do armazenamento de dados do lado da unidade de controlo escrava, tem os seguintes objetivos: (i ) implementar o protocolo de comunicação na unidade de controlo escrava; (ii ) coligir e armazenar os dados dos sensores no cartão SD em tempo real; (iii ) fornecer dados em tempo útil; e (iv) recuperar dados do cartão SD em tempo diferido. As contribuições anteriores foram estudadas e foi feito um levantamento dos projetos congéneres existentes. O desenvolvimento do projeto atual começou com o protocolo de comunicação. Este protocolo, que foi projetado pelos alunos anteriores, foi um bom ponto de partida. No entanto, o protocolo foi atualizado e melhorado com novas funcionalidades. Esta última componente foi um trabalho conjunto com Laurens Allart, que esteve a trabalhar no subsistema de telemetria e de configuração durante este semestre. O protocolo foi implementado do lado da unidade de controlo escrava através de uma estrutura de múltiplas actividades paralelas (multithreaded). Esta estrutura recebe as mensagens da unidade mestre, executa as ações solicitadas e envia de volta o resultado. A bóia é um dispositivo reconfigurável multimodo que pode ser expandido com novos modos de operação no futuro. Infelizmente, sofre de algumas limitações: suporta uma carga máxima de 40 kg e tem uma área de implantação limitada pela distância máxima à estacão base.

Manoeuvre Based Mission Control System for an Autonomous Surface Vehicle

In this work the mission control and supervision system developed for the ROAZ Autonomous Surface Vehicle is presented. Complexity in mission requirements coupled with flexibility lead to the design of a modular hierarchical mission control system based on hybrid systems control. Monitoring and supervision control for a vehicle such as ROAZ mission is not an easy task using tools with low complexity and yet powerful enough. A set of tools were developed to perform both on board mission control and remote planning and supervision. “ROAZ- Mission Control” was developed to be used in support to bathymetric and security missions performed in river and at seas.

ROAZ and ROAZ II Autonomous Surface Vehicle Design and Implementation

International Lifesaving Congress 2007, La Coruna, Spain, December, 2007

ROAZ Autonomous Surface Vehicle Design and Implementation

The design of an Autonomous Surface Vehicle for operation in river and estuarine scenarios is presented. Multiple operations with autonomous underwater vehicles and support to AUV missions are one of the main design goals in the ROAZ system. The mechanical design issues are discussed. Hardware, software and implementation status are described along with the control and navigation system architecture. Some preliminary test results concerning a custom developed thruster are presented along with hydrodynamic drag calculations by the use of computer fluid dynamic methods.

Inoculation with Metal-Mobilizing Plant-GrowthPromoting Rhizobacterium Bacillus sp. SC2b and Its Role in Rhizoremediation

A plant growth-promoting bacterial (PGPB) strain SC2b was isolated from the rhizosphere of Sedum plumbizincicola grown in lead (Pb)/zinc (Zn) mine soils and characterized as Bacillus sp. based on (1) morphological and biochemical characteristics and (2) partial 16S ribosomal DNA sequencing analysis. Strain SC2b exhibited high levels of resistance to cadmium (Cd) (300 mg/L), Zn (730 mg/L), and Pb (1400 mg/L). This strain also showed various plant growth-promoting (PGP) features such as utilization of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate, solubilization of phosphate, and production of indole-3-acetic acid and siderophore. The strain mobilized high concentration of heavy metals from soils and exhibited different biosorption capacity toward the tested metal ions. Strain SC2b was further assessed for PGP activity by phytagar assay with a model plant Brassica napus. Inoculation of SC2b increased the biomass and vigor index of B. napus. Considering such potential, a pot experiment was conducted to assess the effects of inoculating the metal-resistant PGPB SC2b on growth and uptake of Cd, Zn and Pb by S. plumbizincicola in metal-contaminated agricultural soils. Inoculation with SC2b elevated the shoot and root biomass and leaf chlorophyll content of S. plumbizincicola. Similarly, plants inoculated with SC2b demonstrated markedly higher Cd and Zn accumulation in the root and shoot system, indicating that SC2b enhanced Cd and Zn uptake by S. plumbizincicola through metal mobilization or plant-microbial mediated changes in chemical or biological soil properties. Data demonstrated that the PGPB Bacillus sp. SC2b might serve as a future biofertilizer and an effective metal mobilizing bioinoculant for rhizoremediation of metal polluted soils.

Chiropractic Manipulation: Reasons for Concern?

Chiropractic's popularity is rising among the general population. Moreover, few studies have been conducted to properly evaluate its safety. We report three cases of serious neurological adverse events in patients treated with chiropractic manipulation. The first case is a 41 years old woman who developed a vertebro-basilar stroke 48 h after cervical manipulation. The second case represents a 68 years old woman who presented a neuropraxic injury of both radial nerves after three sessions of spinal manipulation. The last case is a 34 years old man who developed a cervical epidural haematoma after a chiropractic treatment for neck pain. In all three cases there were criteria to consider a causality relation between the neurological adverse events and the chiropractic manipulation. The described serious adverse events promptly recommend the implementation of a risk alert system.

Fractional Calculus: Application in modeling and control

This contribution introduces the fractional calculus (FC) fundamental mathematical aspects and discuses some of their consequences. Based on the FC concepts, the chapter reviews the main approaches for implementing fractional operators and discusses the adoption of FC in control systems. Finally are presented some applications in the areas of modeling and control, namely fractional PID, heat diffusion systems, electromagnetism, fractional electrical impedances, evolutionary algorithms, robotics, and nonlinear system control.

Microbiological contamination of a hemodialysis center water distribution system

The microbiological monitoring of the water used for hemodialysis is extremely important, especially because of the debilitated immune system of patients suffering from chronic renal insufficiency. To investigate the occurrence and species diversity of bacteria in waters, water samples were collected monthly from a hemodialysis center in upstate São Paulo and tap water samples at the terminal sites of the distribution system was sampled repeatedly (22 times) at each of five points in the distribution system; a further 36 samples were taken from cannulae in 19 hemodialysis machines that were ready for the next patient, four samples from the reuse system and 13 from the water storage system. To identify bacteria, samples were filtered through 0.22 µm-pore membranes; for mycobacteria, 0.45 µm pores were used. Conventional microbiological and molecular methods were used in the analysis. Bacteria were isolated from the distribution system (128 isolates), kidney machine water (43) and reuse system (3). Among these isolates, 32 were Gram-positive rods, 120 Gram-negative rods, 20 Gram-positive cocci and 11 mycobacteria. We propose the continual monitoring of the water supplies in hemodialysis centers and the adoption of effective prophylactic measures that minimize the exposure of these immunodeficient patients to contaminated sources of water.